摘要：农业机械化是农业产业发展的必然趋势，农业机械的功能和智能化水平直接决定了农业生产的水平。在分析农业机械工程设计中数字化与智能化技术应用价值的基础上，论述了数字化与智能化技术在农业机械工程设计中的应用，包括计算机辅助设计,计算机辅助制造M,人工智能技术，数学建模技术，农业机器人技术等。

　　关键词：数字化设计；智能化；农业机械；工程设计，应用

　　1.引言

　　计算机相关技术在农业机械工程设计中的广泛应用提升了设计效率和设计质量，最大限度满足了农业生产对农业机械的需求。随着农业生产规模的扩大，对农业机械的作业性能提出了更高要求，运用数字化和智能化技术优化创新农业机械工程设计，已成为时代发展的必然趋势。

　　2.农业机械工程设计中数字化与智能化的应用价值

　　2.1提升设计精度与效率

　　在农业机械工程设计中，数字化与智能化有着广阔发展前景，CAD、CAM、CAE、VR等技术使设计者能够更好地完成工程设计任务，提升农业机械工程设计的效率和质量。数字化与智能化通过计算机辅助设计极大缩短了设计消耗的时间，提升工程设计的整体效率。设计者可以在计算机上在线绘制设计或修改设计图纸，利用计算机软件对机械的生产和运行进行模拟，判断工程设计成果是否合理，及时修改设计图纸，保证机械设计的合理性和设计精度。设计者可以采用数字化和智能化技术，结合设计图纸在计算机终端进行流体分析、热力学分析、应力应变分析等工作，对设计结构和参数进行优化。

　　2.2提升农业机械质量

　　与传统技术手段相比，数字化和智能化技术可以保证农业机械工程设计的精度。设计者在掌握专业知识和相应操作技能的基础上，可以应用数字化和智能化技术高质量完成设计工作。设计者在绘制设计图纸后，可以利用建模软件输入相关参数，建立三维模型，在模型上优化设计参数，进一步提升农业机械的设计质量。利用数字化和智能化技术可以实时监测产品设计中可能存在的问题，检验农业机械的性能和质量，模拟判断农业机械的使用性能，评价农业机械是否符合设计要求和使用需求。通过在计算机软件中模拟、仿真、优化，对农业机械的结构进行优化，在避免材料浪费和降低生产成本的基础上，提升农业机械的质量和性能。

　　2.3保障设计成果的安全性

　　数字化和智能化的应用，与传统以纸质文件为载体的设计方式相比，其设计操作更加便捷，可以利用计算机安全储存和载入预设图案，使设计者可以便捷地调取相关的设计要素，加快设计进度，及时修改设计方案。设计者在完成设计后，可以利用三维模型审视农业机械产品的最终状态，并将相应的设计成果保存在计算机软件中，方便后期维修、养护或新产品设计等工作的开展，或者在设计图纸损坏或遗失后可以直接调用计算机中保存的数据。

　　3.农业机械工程设计中应用数字化和智能化的必要性

　　3.1满足农业现代化发展需要

　　在农业生产活动中需要利用各类生产要素，如水资源、劳动力、耕地等，这些农业生产要素目前正呈现不断降低的趋势，从一定程度上对农业生产效率和整体质量产生了影响。在这个过程中，传统的农业机械已无法满足现代农业的发展需要。将数字化和智能化应用于农业机械工程设计，可以获得大量优质设计成果，显著提升农业机械的自动化与智能化水平，保障农业生产的效率并降低农业生产对劳动力的依赖性，在提升农业生产效率的同时降低生产成本。

　　3.2降低劳动强度的必然选择

　　城市化建设不断推进的过程中，农村地区面临着青壮年劳动力流失的问题，农村劳动力呈现老龄化的特征。传统农业机械在降低农业生产劳动强度的作用有限，无法满足社会发展对农业生产的需求。数字化和智能化的农业机械可以降低农民的劳动强度，极大缓解农业生产面临的压力，有利于推动农业经济发展和维护国家粮食安全。

　　3.3推动农业发展的重要手段

　　乡村振兴战略背景下，推动农村经济发展至关重要。将数字化与智能化应用于农业机械工程设计，有利于加快农村经济发展速度。先进的农业机械可以提升农业生产的机械化和智能化水平，显著提升农业生产效率，保障农产品产量与质量，在农业生产过程中创造更高经济效益，更好地发挥农业生产对农村经济发展的促进作用。

　　4.数字化与智能化在农业机械工程设计中的应用

　　4.1CAD技术的应用

　　在农业机械工程设计中，CAD技术的应用非常广泛，利用CAD软件设计者可以高效完成各项工程设计任务，加强对设计全过程的把控。在应用CAD技术时，设计者可以通过计算机设备寻找和设计农业机械所需的零部件，设计各类参数，在线进行模拟仿真，提升设计方案的可靠性和稳定性。在农业机械结构设计中，设计者可以在CAD软件中根据农业机械的结构原理，添加尺寸、构型、材料等参数，建构各类零部件的三维模型，通过模型整合检查各类零部件的参数是否科学，为各类零部件的装配与测试创造良好条件。在农业机械装配设计中，设计者可以利用CAD软件创建机械装配的三维模型，此类模型可以检查并评估农业机械装配是否符合设计要求。

　　设计者可以采用CAD软件，直观化分析农业机械的结构，根据零部件的各项参数和农业机械的整体结构，明确机械结构的刚度和强度，检查和判断农业机械结构中可能存在的隐患。设计者还可以应用CAD技术设计农业机械运动的三维模型，建构虚拟的农业生产场景，模拟仿真农业机械的运行轨迹，根据设计方案检查农业机械的运行是否正确，预测并解决农业机械在实际使用中可能存在的问题。

　　设计者可以利用CAD软件绘制三维模型，用于计算机模拟装配，根据农业机械设计手册，按照相关标准利用刚度矩阵来处理边界要素，对农业机械利用位移函数、刚度矩阵等进行深度研究。

　　4.2人工智能技术的应用

　　在农业机械工程设计中，人工智能技术是一项新颖的智能化技术，其应用体现在以下方面。

　　4.2.1视觉识别和机器学习算法

　　在农业机械工程设计中，设计者可以将农业生产需求作为导向，可以利用高分辨率摄像头和传感器采集农业生产中的图像数据，将采集的图像进行图像降噪、增强、边缘检测等预处理，并利用机械学习算法提取农业生产图像的特征、作物形状和大小等关键特征信息，在此基础上建立农作物的特征数据库，便于后期识别与定位。随后，设计者可以采用CNN对农作物实施目标检测和目标识别，建构训练模型，精准识别不同农作物，并将目标作物与其他物体进行区分，基于特征提取和目标识别结果，定位农作物的位置、姿态等信息，利用路径规划算法，合理设置农业机械的运动轨迹，实现农业机械在田间的精准控制。在农业生产时，设计者可以建立视觉反馈系统，对农业生产全过程进行实时监测，根据系统监测反馈信息，自动对农业机械的动作进行调整与优化，以便更好地提升农业机械的运动准确性，提升农业生产效率。

　　4.2.2图像处理技术

　　在农业机械工程设计中，设计者可以合理应用图像处理技术，通过在农业机械特定位置设置传感器或摄像头来获取农业生产中的图像，通过去噪、增强对比度、调整图像亮度等方式，为后期的图像处理与分析创造良好条件；运用机器学习算法的目标检测与识别技术，使农业机械具备自动识别和精准定位的功能，可以根据提前训练的模型，对图像中的农作物进行检测与分类，从而指导农业机械执行农业生产的控制指令。此外，图像处理技术的应用，可以实时监测农业生产过程，尤其是农业机械的操作过程，基于图像数据监测农作物的生长状态、健康状况，为调整农业生产管理策略和农业机械控制策略创造良好条件，借助农业机械化来保障农业生产效率和农产品品质。

　　4.2.3目标检测算法

　　在农业机械工程设计中，设计者可以采用目标定位与识别方法，准确地定位和识别农作物，通过提取图像中的农作物特征，支持农业机械自动判定农作物的位置，提取相应的属性特征。设计者可以采用目标检测算法对农作物进行分类，利用训练模型学习农作物状态特征，区分农作物的不同状态，以便制定针对性的农业生产策略，通过实时下达指令控制农业机械的运行。

　　4.3数学建模技术

　　在农业机械设计中，数字化和智能化的应用，能将农业机械的不规则零件作为农业机械数字化建模的典型案例。在农业机械工程设计中，不规则零件加工中涉及多道工序，为优化这些工序，可以采用排序的方式缩短各类零件在生产车间的加工时间，提升不规则零件的加工效率。设农业机械的不规则零件的加工时间为，同类零件等待时间为，则可以计算农业机械不规则零件的总加工时间。设计者如果要合理安排农业机械设计制造工序，可以采用冒泡法来排序，便于更快地获取工序排序状态，在这个过程中一旦发现不规则零部件加工受完工时间限制，可以充分调查各类约束条件，在应对各类约束条件下适当缩短各道工序需要花费的时间，在农业机械的设计和制造工序进行数学建模，在此基础上实现农业机械的数字化和智能化设计，并支持农业机械不规则零部件的数字化设计生产，显著提升农业机械工程设计的效果。

　　4.4农业机器人设计

　　农业机械是数字化和智能化在农业机械工程设计中的重要成果，可以在使用农业机械时充分发挥智能化技术的优势，在农业机械的帮助下支持图像识别、通信、智能分析、自动化控制等技术在农业生产实践中的应用，在保证农业生产效率的同时，提高农业机械运行的可靠性和安全性，充分发挥农业机械的使用价值。农业机械工程设计中，设计者可以开发农业机器人的气候监测、光谱成像、激光扫描等功能，支持农业机器人实时获取农作物状况，监测土壤温度、环境湿度、土壤营养成分等信息，在机器人采集数据后直接将各项数据上传至计算机终端，利用特定程序创建三维模型，支持工作人员制定农业生产与管理决策，保障农作物的产量和品质。

　　5.结束语

　　数字化和智能化技术具有较高应用价值，能发挥各项先进技术和农业机械赋能农业生产提质增效的作用，提高农作物产量和质量，更好地推动农业经济的发展。在农业机械设计中采用数字化和智能化相关技术，要以农业生产现状和实际需求为导向，在做好农业机械结构和零部件设计的同时，合理配置各项功能装置，发挥农业机械的最大价值。

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